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应用ANSYS Workbench 完成 翼型叶片的设计及优化 [李琼] [华侨大学 ，361021] [ 摘 要 ] 本文介绍利用ANSYS Workben 产品，对风扇叶片进行设计和效率优化，并分析其相比传统设 计方法的优势。该设计过程使用了该平台提供的Bladegen , Turbogrid, CFX, Ansys Mechanical 模块分别进行了叶片设计，网格划分，流体分析以及结构分析。基于该平台的工 具集成仿真环境，使得上述各个模块间的数据传递很容易实现；并且在任一数据被修改后，相 应的模型和分析结果可以很方便地被更新，因而整个设计分析过程和传统方法相比极为简便， 高效，并且能避免许多人为失误。 [ 关键词 ] 叶片设计，空气动力学分析，流固耦合分析，效率优化 Airfoil blade design with ANSYS Workbench [Qiong Li] [Huaqiao University, 361021] [ Abstract ] The process for airfoil blade design and efficiency optimization by using ANSYS Workbench is presented. Bladegen, Turbogrid, CFX and ANSYS mechanical are applied for blade shape design, meshing, aero dynamic analysis and structural analysis respectively. The design and optimization process is greatly simplified as well as the reliability is ensured with the advantage of the workbench’s compatible simulation environment. [ Keyword ] aero dynamics, efficiency optimization, solid-fluid analysis 1 前言(背景介绍) 为了降低使用成本，提高产品竞争力，风扇类产品的设计除了要使其满足特定工况， 如流量，压升，强度等，还要通过优化使其效率最大化。因此其设计过程是一个在初步设 计的基础上，反复修改和分析的循环过程。风扇设计的关键是叶片设计，因为叶片形状是 决定风扇性能的关键因素[1]。叶片设计，流固耦合分析及优化通常有以下步骤 （如图1 所 示）： 1) 根据给定条件 （如流量，压升，直径范围等）初步确定叶片形状参数； 2) 根据初步设计结果，建立叶片仿真模型； 3) 对模型进行流体分析，验证其能否满足压升要求，并且计算其效率； 4) 对模型进行结构分析，计算叶片在受到上述流体分析得到的压力荷载情况下的应力和 变形，看能否满足强度和刚度要求； 5) 考虑结构分析得到的叶片的变形，重复步骤3 ），4 ），直到结果收敛； 6) 调整设计参数，重复步骤2 ）-5 ），得到另一组设计方案的分析结果；用此方法得到多 组设计方案的结果，在通过数值分析方法得到最优化的设计结果。 一般说来，以上设计和分析是一个复杂，耗时的过程。首先，这一过程包含叶片仿真模型 的生成，流体分析以及结构分析等各自独立的子过程，分别需要CAD、流体分析和结构分 析等不同的软件来完成，由于整个过程是一个循环过程，模型要在各软件之间多次被输入 输出，而不同软件之间往往存在不兼容性，例如在流固耦合分析中，流体分析的压力分布 结果往往不能直接被导入结构分析软件，结构分析的变形结果也不能直